Amplificador HighEnd Clase D de 25W a 1250Wrms sólo con 2 MosFets N

[sebsjata]

Cambios que se han comentado aquí, tanto del autor como otros usuarios, para futuras versiones.
Al level shifter hay que bajarle la disipacion solo para altas tensiones, pero no es recomendable el cambio que siguiere gabriel, no aumentar la resistencia de 120 porque se pone mas lento el level shifter lo que hay que hacer es esto:

Agregar R37, R35 y R36 de 10k 1/2W para disminuir la disipación en los transistores, agregar la resistencia R41 de 470 Ohms para balancear el level shifter, disminuir la resistencia R40 de 120 a 100 Ohms para eliminar una oscilación parasita que aparece en la onda y aumentar la tensión a 15V.
120Ohms

100Ohms

Otra mejora es agregar snubber's a la salida, antes y después de filtro, esto lo vi en un manual de servicio de un amplificador NAD M22 que usa la misma configuración UcD

la siguiente y ultima mejora es para evitar el pop de encendido y brindar de mucha estabilidad al amplificador y evitar las muertes súbitas al encendido (cross conduction al encendido)

Consiste en una pre-carga de la fuente flotante y un delay en la pata de shutdown, lo único que hay que calcular es R40 y R41 y es:
R(kOhm)= (Vac-20V)/10.7mA
Ej: R(kOhm) = (62Vac-20V)/10.7mA = 42/10.7mA = 3.92k valor comercial 3.9k

 

[juancho009]

Fijate como lo resolvió ahí tal vez sacas alguna idea.

que bien, gracias shevchenko
yo intente hacer algo similar pero en una fuente smps halfbridge y se me calentaba un transistor que es justamente el 13003 y no sabia porque, ahora sé que es posible hacerlo pero en una fullbridge.

saludos ✌

 

[nicolasrodrigue]

Hola, tengo algunos IGBT de los modelos FGH40N60SF y GT40J121 mi consulta es si al reemplazar los mosfet por éstos obviamente tendría menor eficiencia pero me permite trabajar a un mayor voltaje . Vale la pena hacer esto? Seguirían siendo los mismos resultados? Empeoraría?. Si alguien me pudiera dar su opinión se lo agradecería.

 

[djnanno]

Hola, tengo algunos IGBT de los modelos FGH40N60SF y GT40J121 mi consulta es si al reemplazar los mosfet por éstos obviamente tendría menor eficiencia pero me permite trabajar a un mayor voltaje . Vale la pena hacer esto? Seguirían siendo los mismos resultados? Empeoraría?. Si alguien me pudiera dar su opinión se lo agradecería.

El FGH40N60 podria llegar a funcionar pero disipara una brutalidad de potencia por conmutación.
La disipación de potencia es la suma de la potencia de compuerta (Despreciable generalmente) + La potencia de conducción + La potencia de conmutación.
En el caso de IGBT la de conmutación es extremadamente alta para F>40KHZ, dependerá del modelo pero en lineas generales no es una buena idea.
Una estimación te dice que si "gastas" 1.6mJ de energia para encenderlo y apagarlo, a 150 KHZ que es muy razonable para este diseño, te da unos hermosos y calentitos 240W de perdidas por conmutación. A una corriente mas razonable será menor, pero no una diferencia sustancial.

Conclusión, es mejor usar mosfet de mas tensión y no IGBT. EJ: IRFB4229

Por otro lado, para que rayos quieres mas tensión? Me dedico al audio profesional y un parlante que supere los 600 ~ 700 W RMS es algo cuando menos, raro.

 

[gabriel_diy]

Cambios que se han comentado aquí, tanto del autor como otros usuarios, para futuras versiones.
Al level shifter hay que bajarle la disipacion solo para altas tensiones, pero no es recomendable el cambio que siguiere gabriel, no aumentar la resistencia de 120 porque se pone mas lento el level shifter lo que hay que hacer es esto:
Ver el archivo adjunto 260194
Agregar R37, R35 y R36 de 10k 1/2W para disminuir la disipación en los transistores, agregar la resistencia R41 de 470 Ohms para balancear el level shifter, disminuir la resistencia R40 de 120 a 100 Ohms para eliminar una oscilación parasita que aparece en la onda y aumentar la tensión a 15V.
120Ohms
Ver el archivo adjunto 260196
100Ohms
Ver el archivo adjunto 260197
Otra mejora es agregar snubber's a la salida, antes y después de filtro, esto lo vi en un manual de servicio de un amplificador NAD M22 que usa la misma configuración UcD
Ver el archivo adjunto 260198
la siguiente y ultima mejora es para evitar el pop de encendido y brindar de mucha estabilidad al amplificador y evitar las muertes súbitas al encendido (cross conduction al encendido)
Ver el archivo adjunto 260199
Consiste en una pre-carga de la fuente flotante y un delay en la pata de shutdown, lo único que hay que calcular es R40 y R41 y es:
R(kOhm)= (Vac-20V)/10.7mA
Ej: R(kOhm) = (62Vac-20V)/10.7mA = 42/10.7mA = 3.92k valor comercial 3.9k

Buenísimo Sebsjata. Con respecto al aumento de las R, también pensé que eso iba a aumentar los tiempos de conmutación, pero en simulación no ví cambios, por eso al final lo implementé y en la práctica funcionó lo más bién. Pero quizás tuve suerte y el circuito sea muy sea sensible a las características de los transistores.
Está muy buena la mejora para evitar el pop de encendido! lo voy a hacer en el próximo.

Mensaje automáticamente combinado: Ene 14, 2021

Les comparto la otra forma de hacer el level shifter que se me había ocurrido para bajar las exigencias en los transistores. La simulé, pero nunca la llevé a la práctica.

En este caso la hice para -35V +35V.
Las R3, R2, (y R4, R5) las calculé para que me dieran un poco más de 12V a la salida y hasta 10ma máximo por cada rama.
35V*R2/(R2+R3) >=12V
35V/(R3+R2) <= 10ma
En la simulación funciona, pero cambié la filosofía del par diferencial por dos etapas simples con una inversión en el medio, quizás en la práctica sea un desastre.

 

[djnanno]

Bueno mi duda surge ya que he estado trabajando en un amplificador con el KA7500 y el IR210 ya que tuve la oportunidad de conseguir un lote de excelente calidad de estos chips, debido a que el ciclo de trabajo del KA7500 está bastante limitado, la única opción que veo viable es aumentar la tensión de alimentación. Considerando tu comentario por ejemplo el IRFB4229 tiene casi 5 nF de capacitancia de entrada y el FGH40N60SF tiene poco menos de la mitad.Pruebas del prototipo en frecuencias bajas
Prueba a Full Range
Debo mencionar que a mi parecer y viendo el osciloscopio la calidad de sonido es buena a pesar de no tener feedback.

La "Capacitancia de entrada" no es un dato muy relevante, ya que tiene mucho que ver con las condiciones de ensayo. El dato importante es la carga de Gate- Source y Gate-Drain. Afectando mayormente a la etapa de disparo...
La limitación de usar IGBT viene dada por otra cosa que nada tiene que ver con esto, ya que se puede reforzar tranquilamente los disparos de gate, paso a explicar muuuy por arriba.

En los igbt, como las perdidas por conmutación son las mas importantes, en el datasheet se especifica (en condiciones muy, pero muy ideales) la energía perdida en el encendido y en el apagado, a distintas corrientes, con distintas Rgate, etc.

Este dato, termina siendo clave en una ultima curva de Frecuencia Vs Corriente de colector, ya que en esa ultima curva tenes la máxima disipación del dispositivo, con una mas que optimas condiciones de ensayo. Por ende las pérdidas de conmutación totales son la suma de la de encendido + la de apagado, a 20 A aprox: Eon= 0.4mJ ; Eoff=0.3mJ (a 125°C, en 25° no va a estar nunca) => 0.7 mJ, suponiendo 150KHz: Psw= 0.7*150000= 105 W solo por conmutación... POR IGBT!

Algo parecido se puede aplicar para estimar mejor la disipación de los mosfet (para mas info buscar los paper del viejo IR), pero las perdidas por conmutación de los mosfet son muy bajas, por ende es casi despreciable respecto de la conducción. Te puedo asegurar que a los IRFB4229 el IR2110 los maneja sin ningun problema (30% menos de Qg).

Saludos!

 

[tremex]

tengo una duda si no se consigue el IR2110 que se le puede poner ???

 

[djnanno]

Reemplazo directo, nada. Quizas armar una adaptacion con otro driver de mosfet. No te lo recomiendo a menos que sepas lo que estas haciendo.

Es mas facil buscar otro proveedor, aunque sea extranjero, que armar un circuito de disparo (a menos que tengas los conocimientos para hacerlo).

 

[tremex]

ok... otra cosita si no consigo los diodos 1N5817 que podría poner ?

 

[hugo ramos]

tengo una duda si no se consigue el IR2110 que se le puede poner ???

puedes usar el ir 2112 , oel ir2113 que la va mejor

 

[djnanno]

puedes usar el ir 2112 , oel ir2113 que la va mejor

IR2112 No, poca corriente de salida.
IR2113 Si, pero si no consigue el 2110, menos el 2113.

Respecto del diodo:
Puede ser casi cualquier diodo SCHOTTKY, mayor a 20V.
1N5819 es mas comun.

 

[Daniel Lopes]

ok... otra cosita si no consigo los diodos 1N5817 que podría poner ?

Hola a todos , seguramente hay eses diodos en fuentes conmutadas de P.C. ( personal computer) estropiadas ( sucatadas) , basta buscar !
!Suerte!
Att,
Daniel Lopes.

 

[Juan Carlos Hernández Púa]

Distinguido djnanno, no seré yo el que no anime a la lectura y el estudio.... Véanse mis posts, además práctico con el ejemplo y lo hago a diario... Es más a raíz de un proyecto que tengo en mente me he leído medio medio foro.... Pero tengo que reconocer que este hilo en concreto además de tener!!!!! 226 páginas!!!! Por lo que puede ser agotador y convertirse en un rompecabezas, además está plagado de Intervenciones con la casuistica concreta de la experiencia del montaje de cada miembro.... Es por ello que es misión frustrante y casi titanica, encontrar la problemática o duda del compañero, que seguro ya ha sido abordada por otro anteriormente en este montaje.... Los moderadores animan al estudio y lectura, yo lo preconizo y práctico, pero en la Torre de Babel que se ha convertido este hilo es labor compleja..... Ruego se le dirija u oriente en la respuesta si se conoce, que no es mi caso.
Un saludo.

 

[djnanno]

Distinguido djnanno, no seré yo el que no anime a la lectura y el estudio.... Véanse mis posts, además práctico con el ejemplo y lo hago a diario... Es más a raíz de un proyecto que tengo en mente me he leído medio medio foro.... Pero tengo que reconocer que este hilo en concreto además de tener!!!!! 226 páginas!!!! Por lo que puede ser agotador y convertirse en un rompecabezas, además está plagado de Intervenciones con la casuistica concreta de la experiencia del montaje de cada miembro.... Es por ello que es misión frustrante y casi titanica, encontrar la problemática o duda del compañero, que seguro ya ha sido abordada por otro anteriormente en este montaje.... Los moderadores animan al estudio y lectura, yo lo preconizo y práctico, pero en la Torre de Babel que se ha convertido este hilo es labor compleja..... Ruego se le dirija u oriente en la respuesta si se conoce, que no es mi caso.
Un saludo.

Debo reconocer que tienes razon. Recomiendo usar la seccion de busqueda y filtrar por los temas en cuestion.
El principal "problema" que tiene este amplificador es la disipación de potencia producida en los transistores del par diferencial. Al pasar los 60V aproximadamente comienza a haber un calentamiento bastante alto, que para tensiones de 80V ya empieza a ser destructivo.

Les coloco aqui algunos puntos, pero ya se discutieron antes, asi que voy a omitir los esquemas y demas.
*Disipacion de BJT del par diferencial: Colocar 3 resistencias de 10K @ 1W en lugares especificos (para diagrama realicen la busqueda). Para V>80V cambiar por MPSA92.
*TIP31C: Para V>80V cambiar por MJE13007 o similar
*para V>80V cambiar los MOSFET por unos de mas tension (y tambien menor RDS, ya calientan lindo), recomiendo IRFB4229.
*Cuidado con C17, esta sometido a V, debe ser de mas de 100V.
*Ejtagle comento la idea de agregar una r opcional entre la base de Q4 y GND para equiparar ambas ramas del par. No lo probe.

Quizas exista alguna modificación mas. Suerte!

 

[crazysound]

Buenos días gente, saludos a todos!!
Hace ya varios años que no entro al foro por cuestiones personales que no vienen al caso.
¡Me alegra que todavía siga vivo el tema! Quisiera saber si se ha avanzado en el tema del inductor. Hasta mi última participación el de mejor resultado era el de núcleo de aire. Porque no se conseguían los toroides específicos para esa función (rojos).
Acá en Argentina se consiguen los IRFB4227, con Rds<24 (de la mitad del 4229) y accesibles.!! ¿Qué opinan?
Desde ya, muchas gracias...

 

[djnanno]

Buenos días gente, saludos a todos!!
Hace ya varios años que no entro al foro por cuestiones personales que no vienen al caso.
¡Me alegra que todavía siga vivo el tema! Quisiera saber si se ha avanzado en el tema del inductor. Hasta mi última participación el de mejor resultado era el de núcleo de aire. Porque no se conseguían los toroides específicos para esa función (rojos).
Acá en Argentina se consiguen los IRFB4227, con Rds<24 (de la mitad del 4229) y accesibles.!! ¿Qué opinan?
Desde ya, muchas gracias...

En mi caso los hago con nucleo de ferrite EE42/21/15 con gap de fabrica o agregado gap con algo relativamente calibrado.
El IRFB4227 anda perfecto..

 

[crazysound]

Gracias djnanno por la respuesta!.. En algún post está cómo construirla? (Para ponerme a buscarla)

 

[djnanno]

En mi caso utilizo los nucleos de EPCOS y alguna vez los de cosmo. En el caso de Epcos hay un software (MDT) que tiene una buena precisión.
Lo que no calcula el soft es la saturación. Ejtagle comento una formula para calcular la Bmax aproximado que soportará el nucleo, usa esa formula.

Si utilizas un nucleo EE o ER ten en cuenta que el area es el de la columna central, cuidado con las unidades. Suerte

 

[Navinavi]

Hola, por qué oscila a alta frecuencia? Leí si mal no recuerdo que el diseñador creo que dijo que el comparador funciona como integrador y dio ecuaciones para la frecuencia, pero por qué oscila tan rápido? En base a qué?
O_sea, será que el capacitor 330 pf carga en una polaridad y luego carga en la inversa a alta velocidad? No quiero confundir si no es así; es una suposición mía, (si digo cualquier cosa no sean duros, guienme dónde puedo buscar info)

 

[Fogonazo]

Hola, por qué oscila a alta frecuencia? Leí si mal no recuerdo que el diseñador creo q dijo que el comparador funciona como integrador y dio ecuaciones para la frecuencia, pero por qué oscila tan rápido? En base a qué?
Osea, será que el capacitor 330pf carga en una polaridad y luego carga en la inversa a alta velocidad? No quiero confundir si no es así; es una suposición mia, (si digo cualquier cosa no sean duros, guienme dónde puedo buscar info)

¿ Leíste algo sobre el principio de funcionamiento de los amplificadores Clase "D" ?